Könnte ein Gelenk-Permanentmagnet als Cubesat-Magnetotorquer mit geringer Leistung arbeiten? Probleme?

Herkömmliche Magnetotorquers für CubeSats sind Elektromagnete, die im Magnetfeld der Erde ein Drehmoment erzeugen, und fast die gesamte Energie, die sie verwenden, erwärmt nur das Kupfer ich 2 R Verluste. Ein Permanentmagnet, der mit einer Art kardanischen Mechanismus gelenkig verbunden war , der ihn in eine Vielzahl von Ausrichtungen innerhalb des Würfels ausrichten konnte, könnte dies im Prinzip auch tun, wobei er nur einen winzigen Bruchteil der Kraft verbraucht.

Es gibt viele Designprobleme im Zusammenhang mit einem magnetischen Design, das die Wirkung maximieren und gleichzeitig das Gewicht niedrig halten würde. Möglicherweise muss eine ausfallsichere Parkposition vorhanden sein, damit der Satellit nicht von außen "magnetisch aktiv" ist, bis er vollständig eingesetzt und betriebsbereit ist - ein bisschen wie die Magnetbasen, die in Maschinenwerkstätten verwendet werden. Ein realistisches Design könnte ein gewisses begrenztes Drehmoment in der Gelenkverbindung erfordern, einfach aufgrund von Kräften zwischen dem Magneten und seinem Halter für die "sichere Position" oder anderen ferromagnetischen Materialien, die wesentlich größer sein könnten als das Drehmoment, das mit dem Magnetfeld der Erde zusammenhängt.

  1. Das klingt großartig, aber ist es für einen CubeSat mit niedrigem U funktional realistisch?
  2. Gibt es Regeln zu Permanentmagneten in CubeSats – entweder behördlich oder von einzelnen Startanbietern – die ein „Deal-Breaker“ sein könnten?

unten: ein Beispiel einer Magnetbasis (gedreht) von hier . Der Magnetotorquer mit Permanentmagnet (PM) würde weder so aussehen noch so schwer sein. Es ist nur ein Beispiel für das Konzept eines PM-Objekts mit einer "Aus"-ähnlichen Position.

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Antworten (1)

RAX und RAX-2 und möglicherweise andere CubeSats, die von der University of Michigan eingeführt wurden (ich kann mich im Moment nicht erinnern), verwendeten feste Magnete auf Neodym-Basis auf ihrer Z+-Achse. Hysterese wurde hinzugefügt, um jeglichen Restimpuls nach dem P-Pod-Ausstoß abzubauen. Bei den RAX-Missionen wurden die Magnete dann verwendet, um den Satelliten vertikal über den Polen auszurichten, an denen die Wissenschaftsmissionen durchgeführt wurden.

Ich habe die Smallsat-Industrie in letzter Zeit nicht genau beobachtet, aber ich würde schätzen, dass es absolut im Bereich des Machbaren liegt, aber mit seinen Risiken. Cubesats werden oft aus Aluminium gebaut. Während möglicherweise andere ferromagnetische Materialien und Stromschleifen in der Elektronik verwendet werden, denke ich, dass ein gut ausgewählter Servomotor die meisten Probleme lösen könnte. Das größte Risiko meiner Meinung nach wäre der Umgang mit Vibrationen beim Start. Bewegliche Teile haben tendenziell ein höheres Risiko.

Ja, es gibt Regeln für Magnete (und fast alles andere) für sekundäre Nutzlasten. In die primäre Nutzlast ist normalerweise ein viel höheres Risiko investiert, sodass sie fast alles über die sekundären Nutzlasten kontrollieren. Auch der Startanbieter wird zu Wort kommen. Es ist fast immer eine Einzelfallbetrachtung. Die größten Risikoträger sind wahrscheinlich alle anderen sekundären Nutzlasten an Bord. Zum Beispiel wurde angenommen , dass M-Cubed (ein weiterer in Michigan gestarteter Sat) mit passiver magnetischer Steuerung an einem anderen CubeSat hängen geblieben war, was beide Missionen zu einem Verlust machte.

Haftungsausschluss: Ich habe an den hier erwähnten Missionen gearbeitet, sowie an einigen anderen.

"Erste CubeSat-Missionen in den USA zur effektiven Demonstration von Rendezvous im Orbit!" Diese Jungs wissen, wie man optimistisch bleibt :p
Das sind wirklich hilfreiche Informationen und eine große Hilfe für mich, um mit dem Lesen zu beginnen! Glaubst du, du könntest das magnetische Moment eines dieser Permanentmagneten im Vergleich zu einem typischen Magetotorrquer irgendwie schätzen? Sind sie ungefähr die gleichen Baseballwerte oder ist einer eindeutig viel stärker als der andere? Vielen Dank!
@uhoh: Während der Permanentmagnet höchstwahrscheinlich zu einer besseren Feldstärke pro investierter Masse / Volumen passt (es sei denn, der Magnetorquer darf übermäßig Strom verbrauchen - und woher würde er die Energie dafür bekommen?), Ist das definitive Problem die Oszillation. Aufgrund von Reibung wackelt die Magnetnadel hin und her, bevor sie stoppt und nach Norden zeigt. Im Weltraum gibt es keine Reibung, um die Schwingung auszulöschen. Einige andere Mittel müssen verwendet werden, um die Wobbelenergie zu dissipieren.
es KANN passiv durchgeführt werden, z. B. mit einem extra kleinen Magneten, der in einem Flüssigkeitsbehälter aufgehängt ist; die Rotationsenergie würde durch die Drehung des Magneten in der Flüssigkeit dissipiert. Aber das sind mehr Kopfschmerzen (z. B. könnte sich Ihr Magnet-in-Flüssigkeit weiterhin an den Permanentmagneten orientieren und nicht im Norden)
@SF. dies wird aktiv vorangetrieben . Stellen Sie sich vor, der Würfel ist durchsichtig. Wenn sich der Würfel nach rechts dreht, dreht sich der PM innerhalb des Würfels, so dass er immer ungefähr nach Osten ~90 nach rechts zeigt und ein konstantes Drehmoment nach links erzeugt. Wenn es einen Stopp erreicht, dreht es plötzlich vertikal um. Es gibt (fast) keinen Drehimpuls und gleichzeitig kein Drehmoment. Es wird gestoppt. Wenn in irgendeiner Richtung ein winziger Drehimpuls oder eine Fehlausrichtung übrig bleibt, neigt es sich leicht zum Feld der Erde und schaltet es aus. Das „D“ des PID steht für (aktive) Dämpfung.
@Uhoh Google "cubesat magnetorquer" für eine Reihe von Veröffentlichungen zu Torques in Cubesat-Größe. Informationen zur Auswahl der passiven Magnete finden Sie auf der Veröffentlichungsseite von MXL: exploration.engin.umich.edu/blog/ ?page_id=10
Sie können auch "M-Cubed-2 Magnetorquer" googeln, um Bilder des Torques zu erhalten, der in der nächsten Mission verwendet wird.
@AndrewW. OK, es gibt dort eine Menge eingehender Diskussionen zu studieren - eine sehr gut dokumentierte Anstrengung - danke! Ich kann sehen, dass die Risiken eines Permanentmagneten real sind, und eine Art ausfallsicheres Parken des Magneten in einer vollständig überbrückten Position wird absolut unerlässlich sein.
@SF FYI Das D steht für Differential.
@SF. Huch! Es ist ziemlich lange her. (at)AndrewW. stimmt - danke! Das 'D' in PID steht für Differential und nichts anderes. „ Sumpfgas aus einem Wetterballon wurde in einer thermischen Tasche eingeschlossen und reflektierte das Licht der Venus “ und lenkte mich kurzzeitig ab.
Wenn wir von klassischer Prozessregelung sprechen, steht PID für Proportional-Integral- Differential
Hey @AndrewW, schön, andere MXLer hier zu sehen. Ich war mir sicher, dass ich nicht der einzige sein konnte. Es lebe Rax! Weißt du, ob noch jemand hier ist?
Hallo @KnudsenNumber, ich war im Labor von RAX bis MC2 und alles dazwischen. Ich habe keine Ahnung, wer sonst noch hier auf space.stackexchange aktiv ist. (Ich konnte keine Möglichkeit finden, dir eine PN zu senden ...)
Apropos Risiken, die eine Nutzlast für eine andere darstellen kann, habe ich gerade gefragt. Hat das Ausgasen eines Satelliten jemals einen anderen Satelliten in derselben Verkleidung beeinträchtigt? Dokumentierte Beispiele?
Könnte ein Gelenk-Permanentmagnet als Cubesat-Magnetotorquer mit geringer Leistung arbeiten? Probleme?
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